KR101444742B1 - 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치 - Google Patents

건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치 Download PDF

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황진호
강철용
김유섭
박동우
이준희
김광용
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Abstract

본 발명은 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속을 위한 기어열을 출력축에 배치하는 동시에 단순화시켜서 변속시 쇼크를 완화시킬 수 있고, 오일레벨의 출력축에 1단 및 2단 클러치팩도 함께 배치하여 각 클러치팩에 대한 별도의 윤활 구성을 배제할 수 있는 등 새롭게 개선된 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 유성기어세트의 기어열을 단순화시키면서 출력축에 구성하는 동시에 1단 및 2단 클러치 팩을 링기어의 외륜이 구성하여 조립성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 점, 1단 및 2단 피스톤이 독립적으로 나란히 배열되어 변속시 충격을 완화시킬 수 있는 점, 또한 출력축 및 클러치 팩 등이 오일레벨내에 잠기게 하여 기존의 윤활 구조를 배제함에 따른 제조 원가를 절감할 수 있는 점, 부가적으로 주차 브레이크 기능까지 수행할 수 있는 점 등 새롭게 개선된 건설장비용 기어박스 구동장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치{Driving device for construction vehicle}
본 발명은 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속을 위한 기어열을 출력축에 배치하는 동시에 단순화시켜서 변속시 쇼크를 완화시킬 수 있고, 오일레벨의 출력축에 1단 및 2단 클러치팩도 함께 배치하여 각 클러치팩에 대한 별도의 윤활 구성을 배제할 수 있는 등 새롭게 개선된 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 건설장비 및 산업차량의 경우 엔진의 출력이 일정하기 때문에 주행방향을 전환하거나 주행속도를 바꾸기 위한 변속기인 기어박스 구동장치를 필수적으로 장착하고 있고, 이 기어박스 구동장치의 1단 및 2단 변속에 따른 동력전달로 주행이 이루어진다.
여기서, 건설장비 산업차량의 기어박스내에 설치되는 종래의 구동장치에 대한 구성을 첨부한 도 4를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
1단 동력전달
먼저, 모터 캐리어(14)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(13)에 입력되면, 입력축(13)과 일체로 된 선기어(15)가 회전하고, 이 선기어(15)의 회전력은 선기어(15)와 맞물린 유성기어(17)로 전달된다.
이때, 1단 피스톤(6)의 내부로 통해 관통되어 있는 1단 압력포트(12)를 통해 유압이 공급되고, 이 유압력에 의하여 2단 피스톤(7)이 입력축(13)의 선단 방향(도 4에서 우측방향)으로 밀리는 동시에 입력축(13)의 선단부 외경에 위치한 2단 접시스프링(9)을 압착하게 된다.
이와 동시에, 2단 피스톤(7)의 바깥쪽에 위치한 1단 피스톤(6)은 1단 접시스프링(8)의 탄성력에 의해 입력축(13)의 후단 방향(도 4에서 좌측방향)으로 밀리면서 1단용 외륜 클러치팩(4)의 마찰판과 플레이트를 압착시키게 된다.
이때, 상기 1단용 외륜 클러치팩(4)의 구성중 플레이트의 외측단은 케이스(20)의 내경면에 가공된 스플라인(24)에 삽입되어 조립된다.
이렇게 케이스(20)의 내경과 클러치 드럼(10)의 외경 사이에 장착된 1단용 외륜 클러치팩(4)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 마찰판 및 플레이트와 스플라인 결합된 클러치 드럼(10)이 구속되고, 동시에 클러치 드럼(10)의 후단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(16)도 구속되는 상태가 된다.
따라서, 입력축(13)으로 입력된 동력이 선기어(15)를 통해 유성기어(17)로 전달되면, 유성기어(17)는 링기어(16)를 따라 회전하게 되고, 이때의 회전력은 유성기어(17)와 일체로 연결된 캐리어(18)로 전달된다.
이에 따라, 캐리어(18)의 1단 회전 동력이 캐리어(18)와 맞물린 출력축 기어(19)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(19)를 일체로 갖는 출력축(5)에 1단 동력이 전달되어진다.
2단 동력전달
마찬가지로, 모터 캐리어(14)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(13)에 입력되면, 입력축(13)과 일체로 된 선기어(15)가 회전하고, 이 선기어(15)의 회전력은 선기어(15)와 맞물린 유성기어(17)로 전달된다.
이때, 1단 피스톤(6)의 외경쪽에 형성된 2단 압력포트(11)를 통해 유압이 공급되고, 이 유압력에 의하여 1단 피스톤(6)이 입력축(13)의 선단 방향(도 4에서 우측방향)으로 밀리는 동시에 밀리는 방향쪽에 위치한 1단 접시스프링(8)을 압착하게 된다.
이와 동시에, 유압력이 해제된 2단 피스톤(7)은 2단 접시스프링(9)의 탄성력에 의하여 입력축(13)의 후단 방향(도 4에서 좌측방향)으로 밀리면서 입력축(13)의 외경과 클러치 드럼(10)의 내경 사이에 장착된 2단용 내륜 클러치팩(3)의 마찰판과 플레이트를 압착시키게 되고, 물론 1단 피스톤(6)이 유압력에 의하여 밀려난 상태이므로 1단용 외륜 클러치팩(4)의 마찰판 및 플레이트는 압착 해제된 상태를 유지한다.
이렇게 2단용 내륜 클러치팩(3)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 입력축(13)과 클러치 드럼(10)이 동기화되어 입력축(13)의 동력이 클러치 드럼(10)으로 전달되는 상태가 되며, 동시에 클러치 드럼(10)의 후단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(16)도 클러치 드럼(10)과 함께 회전을 하게 된다.
따라서, 상기 입력축(13)과 링기어(16)가 서로 동기화되면서 상시 회전을 하고, 이와 함께 입력축(13)으로 입력된 동력이 선기어(15)를 통해 유성기어(17)로 전달됨에 따라, 회전하고 있는 링기어(16)를 따라 유성기어(17)가 보다 빠르게 회전을 하여, 유성기어(17)와 일체로 된 캐리어(18)가 2단 동력전달을 위한 회전을 하게 된다.
이에 따라, 캐리어(18)의 2단 회전 동력이 캐리어(18)와 맞물린 출력축 기어(19)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(19)를 일체로 갖는 출력축(5)에 2단 동력이 전달되어진다.
윤활 구조
종래의 건설장비용 기어박스 구동장치에 대한 윤활 작용은 기어펌프(1)가 입력축(13)의 동력을 받아 회전하면서, 출력축(5)이 잠겨있는 오일팬내의 오일을 끌어올려 입력축 윤활라인(2)을 통해 1단용 외륜클러치팩(4)과 2단용 내륜 클러치팩(3)을 윤활시킨다.
즉, 종래의 윤활 구조를 도 4를 참조로 살펴보면, 입력축(13)의 외경방향을 향하여 2단용 내륜 클러치팩(3) 및 1단용 외륜 클러치팩(4)이 차례로 배치됨에 따라, 각 클러치팩(3,4)에 오일을 공급할 수 있도록 입력축(13)내에 윤활라인(2)이 형성되고, 입력축(13)의 일측단부에 윤활라인(2)으로 오일을 공급하는 기어펌프(1)가 별도로 설치된 구조로 되어 있다.
도 4에서, 미설명 부호 22는 시프팅 밸브를 나타낸다.
이에, 상기 입력축(13)을 통해 동력이 전달되면 기어펌프(11)가 구동되면서 출력축(5)이 잠겨있는 오일을 끌어올리는 펌핑을 함으로써, 입력축(13)의 윤활라인(2)을 경유하여 각 클러치팩(3,4)으로 오일이 공급되며 윤활이 이루어진다.
그러나, 상기한 종래의 건설장비 산업차량의 기어박스내에 설치되는 구동장치는 다음과 같은 단점이 있다.
1) 기어펌프를 통해 출력축에 잠겨 있는 오일을 끌어올리고, 오일을 입력축의 윤활라인을 통해 클러치팩으로 공급하는 윤활 구조가 복잡하여 가공성이 떨어지고 제조원가를 상승시키는 요인이 되고 있다.
2) 각 클러치팩을 밀착시키기 위한 피스톤이 접시스프링의 탄성력에 의하여 작동하는 바, 접시스프링을 사용함에 따라 각 클러치팩에 대한 전달하중 변경이 어려운 단점이 있다.
3) 1단 및 2단 변속시, 각 단별 피스톤이 양방향으로 동시에 움직임에 따른 변속 쇼크가 발생하고, 피스톤에 유로를 형성하는 등 피스톤에 대한 가공성이 난해한 점이 있다.
4) 변속 쇼크 저감을 고려하여 시프팅 밸브를 추가로 장착함에 따른 제조원가 상승이 초래되는 단점이 있다.
5) 주행모터가 조립되는 모터 캐리어의 안쪽에 접시스프링 및 클러치팩이 차례로 조립됨에 따라, 모터 캐리어의 변경이 불가능하여 톤수별 모델 적용이 한정 되는 단점이 있다.
6) 1단용 외륜 클러치팩의 구성중 플레이트의 외측단을 케이스에 스플라인 결합시킴에 따라, 클러치팩 사이즈 변경(클러치팩 용량 변경)이 불가능한 단점이 있다.
대한민국 특허 등록번호 10-1168894(2012.07.20)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 유성기어세트의 기어열을 단순화시키면서 출력축에 구성하는 동시에 1단 및 2단 클러치 팩을 링기어의 외륜이 구성하여 조립성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 점, 1단 및 2단 피스톤이 독립적으로 나란히 배열되어 변속시 충격을 완화시킬 수 있는 점, 또한 출력축 및 클러치 팩 등이 오일레벨내에 잠기게 하여 기존의 윤활 구조를 배제함에 따른 제조 원가를 절감할 수 있는 점, 부가적으로 주차 브레이크 기능까지 수행할 수 있는 점 등 새롭게 개선된 건설장비용 기어박스 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 상부에 입력축 장착공간이 형성되고, 하부에 출력축 장착공간이 형성된 케이스와; 외경부에 입력축 기어가 일체로 형성된 구조로 구비되어 상기 입력축 장착공간에 회전 가능하게 장착되는 입력축과; 상기 입력축 기어와 맞물리는 출력축 기어가 외경부에 형성된 구조로 구비되어, 중심부가 오일레벨과 수평을 이루면서 출력축 장착공간내에 회전 가능하게 장착되는 출력축과; 상기 출력축의 타측 외경부에 일체로 형성되는 선기어와, 선기어의 외경부에 맞물리는 복수의 유성기어와, 각 유성기어의 외경부에 맞물리는 링기어와, 각 유성기어와 동축으로 연결되며 최종 출력축이 되는 캐리어샤프트를 포함하는 변속용 유성기어세트와; 플레이트와 마찰판이 교번 배열을 이루는 것으로서, 상기 출력축 장착공간내에서 링기어의 외륜에 길이방향을 따라 나란히 장착되되, 마찰판의 내주단이 링기어의 외륜에 스플라인 결합되며 장착되는 1단용 클러치팩 및 2단용 클러치팩과; 상기 1단 클러치팩의 우측 위치에 장착되어, 1단 변속시 1단 클러치팩을 가압하여 링기어를 구속시키는 1단 변속기구와; 상기 2단 클러치팩의 좌측 위치에 장착되어, 2단 변속시 2단 클러치팩을 가압하는 동시에 링기어와 출력축을 동기화시켜 상시 회전되도록 한 2단 변속기구; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 1단 변속기구는: 1단 클러치팩의 플레이트와 스플라인 결합되는 제1클러치 드럼과; 1단 클러치팩의 플레이트와 마찰판을 가압할 수 있도록 제1클러치 드럼의 이면에 배치되는 1단 피스톤과; 1단 피스톤의 이면과 케이스의 내면 사이에 압축 및 탄성복원 가능하게 배치되는 1단 스프링과; 제1클러치 드럼과 1단 피스톤의 경계부에 형성되는 1단 오일유입 체적부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 1단 피스톤의 이면과 케이스의 내면 간에는 1단 피스톤의 직진성을 안내하는 안내핀이 삽입 장착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 2단 변속기구는: 일단부는 2단 클러치팩의 플레이트와 스플라인 결합되고, 타단부는 출력축에 일체로 연결되는 제2클러치 드럼과; 2단 클러치팩의 플레이트와 마찰판을 가압할 수 있도록 제2클러치 드럼의 전면에 배치되는 2단 피스톤과; 2단 피스톤의 이면과 제2클러치 드럼의 전면 사이에 압축 및 탄성복원 가능하게 배치되는 2단 스프링과; 출력축으로부터 2단 피스톤의 전면 공간으로 연장 형성된 2단 오일유입 체적부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
1) 오일레벨내에 절반이 잠기는 출력축에 유성기어세트를 장착하는 동시에 유성기어세트의 링기어 외륜에 1단 및 2단 클러치팩를 장착함으로써, 별도의 윤활 구성(예를 들어, 윤활펌프)이 필요없어 가공 조립성을 향상시키는 동시에 및 부품수 절감에 따른 제조원가 절감을 도모할 수 있다.
2) 1단 및 2단 변속시 피스톤을 가압하는 스프링을 코일스프링으로 사용하여, 피스톤에서 각 클러치팩에 전달되는 전달하중 변경이 용이한 장점이 있다.
3) 1단 및 2단 피스톤이 단일형 구조로 구비되어 독립적으로 배열됨에 따라, 단별 피스톤이 한 방향 움직임을 가지게 되고, 그로 인하여 변속 시 단별 압력변화가 일정하게 이루어지는 장점이 있다.
4) 변속시 쇼크를 1단 및 2단 피스톤에 전달되는 스프링 하중으로 제어함으로써, 별도의 모듈레이션 밸브가 필요없어 제조원가를 절감할 수 있다.
5) 입력축이 아닌 출력축에 유성기어세트를 비롯하여 클러치 팩 및 스프링 등을 구성함에 따라, 건설장비 등의 적용 모델에 따라 입력축에 연결되는 모터캐리어의 변경이 가능하여 모터캐리어의 공용화가 가능한 장점이 있다.
6) 1단 및 2단 클러치 드럼을 별도로 구성함에 따라, 1단 및 2단 클러치팩의 사이즈 변경이 가능하고, 클러치 용량 변경이 용이한 장점이 있다.
7) 1단 및 2단 클러치팩 모두 유성기어세트의 링기어 외륜에 장착됨으로써, 1단 및 2단 클러치 장착을 위한 조립성 및 가공성이 보다 수월해질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 요부를 나타낸 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치의 변속 과정을 설명하는 그래프,
도 4는 종래의 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 요부를 나타낸 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2에서, 도면부호 100은 본 발명의 기어박스 구동장치의 외관을 이루는 케이스를 나타낸다.
상기 케이스(100)는 상부에 입력축 장착공간(102)이 형성되고, 하부에 출력축 장착공간(104)이 형성된 구조로 구비된다.
상기 케이스(100)의 입력축 장착공간(102)에는 동력원인 모터 캐리어와 연결되는 입력축(110)이 회전 가능하게 배열되며, 이 입력축(110)은 후단쪽 외경부에 입력축 기어(112)가 일체로 형성된 구조로 구비된다.
또한, 상기 케이스(100)의 출력축 장착공간(104)내에는 입력축(110)과 평행을 이루며 배열되는 출력축(120)이 회전 가능하게 장착된다.
이때, 상기 출력축(120)의 전단부에는 입력축 기어(112)와 맞물리는 출력축 기어(122)가 외경부에 일체로 형성되어, 입력축(110)의 회전력이 출력축(120)에 전달 가능한 상태가 된다.
바람직하게는, 상기 케이스(100)의 출력축 장착공간(104)내에 배열되는 출력축(120)의 중심부는 오일 케이스내의 윤활용 오일레벨내에 잠기게 되어 오일레벨과 수평을 이루도록 함으로써, 후술하는 바와 같이 출력축(120)에 장착되는 1단 및 2단 클러치 팩 등에 대한 윤활 작용이 별도의 윤활수단없이 출력축 회전시 자연스럽게 이루어질 수 있다.
특히, 상기 출력축(120)의 타측 외경부에는 1단 및 2단 변속을 위한 유성기어세트(130)가 장착된다.
보다 상세하게는, 상기 유성기어세트(130)는 출력축(120)의 타측 외경부에 일체로 형성되는 선기어(132)와, 선기어(132)의 외경부에 맞물리는 복수의 유성기어(134)와, 각 유성기어(134)의 외경부에 맞물리는 링기어(136)와, 각 유성기어(134)와 동축으로 연결되면서 출력축(120)의 타측에 배열되어 최종 출력축이 되는 캐리어샤프트(138)로 구성된다.
한편, 상기 유성기어세트(130)의 구성 중, 링기어(136)의 외륜에는 플레이트(143)와 마찰판(144)이 교번 배열을 이루는 1단 클러치팩(141)과 2단 클러치팩(142)이 나란히 장착된다.
즉, 상기 케이스(100)의 출력축 장착공간(104)내에서 링기어(136)의 외륜에 길이방향을 따라 1단용 클러치팩(141) 및 2단용 클러치팩(142)이 나란히 장착되되, 각 클러치 팩의 마찰판(144)의 내주단이 링기어(136)의 외륜에 스플라인 결합되며 장착된다.
이때, 상기 1단 클러치팩(141)의 우측 위치에는 1단 변속시 1단 클러치팩(141)을 가압하여 링기어(136)를 구속시키는 1단 변속기구(150)이 조립되고, 또한 상기 2단 클러치팩(142)의 좌측 위치에는 2단 변속시 2단 클러치팩(142)을 가압하는 동시에 링기어(136)와 출력축(120)을 동기화시켜 상시 회전되도록 한 2단 변속기구(160)가 조립된다.
상기 1단 변속기구(150)의 일 구성으로서, 제1클러치 드럼(151)이 출력축 장착공간(104)내에서 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 스플라인 결합되고, 제1클러치 드럼(151)의 이면에는 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압할 수 있는 1단 피스톤(152)이 배치된다.
또한, 상기 1단 피스톤(152)의 이면과 케이스(100)의 내면 사이에는 압축 및 탄성복원 가능한 1단 스프링(153)이 배치되고, 상기 제1클러치 드럼(151)과 1단 피스톤(152)의 경계부에는 작동유압유가 유입 및 배출되는 1단 오일유입 체적부(154)가 형성된다.
따라서, 상기 1단 오일유입 체적부(154)에 작동유압유가 유입되면 1단 피스톤(152)이 유압에 의하여 후진하게 되고, 연이어 1단 피스톤(152)의 후진에 의하여 1단 스프링(153)의 압축시 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)에 대한 가압력이 해제된다.
반면, 상기 1단 오일유입 체적부(154)에 작동유압유에 의한 유압이 해제되면, 1단 스프링(153)의 탄성 복원력에 의하여 1단 피스톤(152)이 본래 위치로 전진하면서 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 된다.
한편, 상기 1단 피스톤(152)의 이면과 케이스(100)의 내면 간에는 1단 피스톤(152)의 전후진 직진성을 안내하기 위한 안내핀(155)이 삽입 장착된다.
상기 2단 변속기구(160)의 일 구성인 제2클러치 드럼(161)의 일단부가 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 스플라인 결합되는 동시에 제2클러치 드럼(161)의 타단부는 출력축(120)에 일체로 연결된다.
또한, 상기 제2클러치 드럼(161)의 전면에는 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압할 수 있는 2단 피스톤(162)이 전후진 가능하게 배치된다.
또한, 상기 2단 피스톤(162)의 이면과 제2클러치 드럼(161)의 전면 사이에는 압축 및 탄성복원 가능한 2단 스프링(163)이 배치되고, 상기 출력축(120)으로부터 2단 피스톤(162)의 전면 공간쪽으로 2단 오일유입 체적부(164)가 연장 형성된다.
따라서, 상기 2단 오일유입 체적부(164)에 작동유압유가 유입되면 2단 피스톤(162)이 유압에 의하여 후진하게 되고, 연이어 2단 피스톤(162)의 후진에 의하여 2단 스프링(163)의 압축시 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)에 대한 가압력이 해제된다.
반면, 상기 2단 오일유입 체적부(164)에 작동유압유에 의한 유압이 해제되면, 2단 스프링(163)의 탄성 복원력에 의하여 2단 피스톤(162)이 본래 위치로 전진하면서 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
1단 동력전달
먼저, 동력원인 모터 캐리어로부터 입력축(110)에 회전 동력이 입력되면, 입력축 기어(112) 및 출력축 기어(122)를 통하여 출력축(120)으로 회전 동력이 전달된다.
연이어, 상기 출력축(120)에 일체로 된 선기어(132)가 회전하는 동시에 선기어(132)에 유성기어(134)가 선기어(132)를 따라 공전하며 회전하게 된다.
이때, 상기 1단 오일유입 체적부(154)에 작동유압유에 의한 유압이 해제되어, 1단 스프링(153)의 탄성 복원력에 의하여 1단 피스톤(152)이 본래 위치로 전진하면서 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 된다.
또한, 상기 2단 오일유입 체적부(164)에 작동유압유가 유입되는 동시에 2단 피스톤(162)이 유압에 의거 2단 스프링(163)을 압축시키면서 후진하게 되어, 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)에 대한 가압력이 해제된 상태가 된다.
이렇게 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 됨으로써, 1단 클러치팩(141)의 마찰판(144) 내주단과 스플라인 결합된 링기어(136)가 구속되는 상태가 된다.
따라서, 상기 입력축(110)으로부터 출력축(120)으로 전달된 동력이 선기어(132)에서 유성기어(134)로 전달된 후, 유성기어(134)가 구속 상태인 링기어(136)의 내접면을 따라 회전을 하게 되고, 유성기어(134)와 동축으로 연결되면서 출력축(120)의 타측에 배열되는 최종 출력축 즉, 캐리어샤프트(138)를 통하여 1단 동력이 출력된다.
2단 동력전달
먼저, 동력원인 모터 캐리어로부터 입력축(110)에 회전 동력이 입력되면, 입력축 기어(112) 및 출력축 기어(122)를 통하여 출력축(120)으로 회전 동력이 전달된다.
연이어, 상기 출력축(120)에 일체로 된 선기어(132)가 회전하는 동시에 선기어(132)에 유성기어(134)가 선기어(132)를 따라 공전하며 회전하게 된다.
이때, 상기 2단 오일유입 체적부(164)에 작동유압유에 의한 유압이 해제되어, 2단 스프링(163)의 탄성 복원력에 의하여 2단 피스톤(162)이 본래 위치로 전진하면서 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 된다.
또한, 상기 1단 오일유입 체적부(154)에 작동유압유가 유입되는 동시에 1단 피스톤(152)이 유압에 의하여 1단 스프링(153)을 압축시키면서 후진하게 되어, 1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)에 대한 가압력이 해제되고, 링기어(136)에 대한 구속상태도 해제된다.
이렇게 상기 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압하게 되면, 2단 클러치팩(142)의 마찰판(144)이 링기어(136)의 외륜과 스플라인 결합되고, 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)에 제2클러치 드럼(161)의 일단부가 스플라인 결합되는 동시에 제2클러치 드럼(161)의 타단부가 출력축(120)에 일체로 연결된 상태이므로, 링기어(136)와 출력축(120)이 서로 동력 전달 가능하게 연결되는 동기화 상태가 되어, 링기어(136)와 출력축(120)이 동시회전을 하게 된다.
따라서, 출력축(120)과 링기어(136)가 서로 동기화되면서 상시 회전을 하고, 이와 함께 입력축(110)에서 출력축(120)으로 전달된 동력이 선기어(132)를 통해 유성기어(134)로 전달됨에 따라, 회전하고 있는 링기어(136)를 따라 유성기어(134)가 보다 빠르게 회전을 하여, 유성기어(134)와 일체로 된 캐리어샤프트(138)를 통하여 2단 동력이 출력된다.
윤활 작용
오일케이스내의 오일레벨과 출력축의 중심부가 수평을 이루고, 출력축에 유성기어세트를 비롯하여 1단 및 2단 클러치팩이 장착됨에 따라, 별도의 윤활구조 내지 기구(예를 들어, 펌프)없이도 출력축(120)의 회전시 1단 및 2단 클러치 팩 등에 대한 윤활 작용이 자연스럽게 이루어질 수 있다.
주차브레이크 기능
차량이 완전 정지 상태가 되면, 1단 오일유입 체적부(154) 및 2단 오일유입 체적부(164)에 작용하는 유압을 해제시킨다.
연이어, 1단 스프링(153) 및 2단 스프링(163)의 탄성복원력에 의해 각각 1단 피스톤(152)과 2단 피스톤(162)이 전진되고, 1단 및 2단 피스톤의 전진에 의거 1단 및 2단 클러치팩(141,142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)이 압착되도록 함으로써, 제1클러치 드럼(151)과 링기어(136)가 구속되는 상태가 되도록 한다.
따라서, 제1클러치 드럼(151) 및 링기어(136)가 구속되면, 출력축(120)이 움직이지 않게 구속되는 상태가 되므로, 결국 입력축(110)의 회전력이 출력축(120)에 전달되지 못하여 주차브레이크 기능이 구현될 수 있다.
변속 충격 완화 기능
본 발명의 구동장치에 모듈레이션 밸브가 설치되지 않기 때문에, 1단 및 2단 모두 동일한 유압력 패턴이 형성됨으로써, 주행 중 1단에서 2단 변속 시 충격 구간이 발생될 수 있지만, 스프링 종류 및 스프링 수량 등을 이용하여 변속 충격 완화를 위한 모듈레이션 밸브 구현이 가능하다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치의 변속 과정을 설명하는 그래프이다.
도 3의 압력 변화 그래프에서 보듯이, 1단에서 2단 변속시(2단에서 1단 변속시도 동일함), 최초 1단 오일유입 체적부(154)에 오일이 유입되면, 1단 피스톤(152)이 후진 작동하기 시작되는 구간의 하중까지 오일이 유입되고, 유입된 오일에 의해 1단 스프링 힘을 이길 수 있는 압력이 형성되면, 1단 피스톤이 후진 작동을 시작하여 1단 스프링을 완전 압축시키는 작동 구간까지 압력 시작점 및 압력 기울기를 1단 스프링의 하중으로 변화시킨다.
다시 말해서, 1단 피스톤이 완전 작동되면 1단 피스톤의 체적이 늘어남으로 인하여 오일이 유입되는 구간이 형성되고, 따라서 1단 피스톤의 작동시작 구간 및 1단 피스톤의 완전 작동 완료되는 압력 구간을 스프링 수량 변경으로 가변시킬 수 있으므로, 기존의 모듈레이션 밸브없이도 모듈레이션 밸브의 기능까지 구현 가능하다.
한편, 입력축(110) 및 출력축(120)에는 마모방지코팅층이 형성시킬 수 있다.
입력축(110) 및 출력축(120)에 세라믹 코팅을 하는 이유는 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.
이 코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 입력축(110) 및 출력축(120)의 둘레에 코팅된다.
산화크롬(Cr2O3)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.
이산화티타늄(TiO2)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO2)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO2)은, 코팅층이 입력축(110) 및 출력축(120)의 둘레에 확실하게 피복되도록 하며, 입력축(110) 및 출력축(120)에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 입력축(110) 및 출력축(120)의 손상을 방지시킨다.
여기서, 산화크롬(Cr2O3)과 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량%에 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 혼합비율이 96∼98중량%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr2O3)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 입력축(110) 및 출력축(120)의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.
이산화티타늄(TiO2)의 혼합비율이 2∼4중량%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr2O3)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO2)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)은 입력축(110) 및 출력축(120)의 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 입력축(110) 및 출력축(120)이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4중량%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
따라서 입력축(110) 및 출력축(120)의 둘레에 내산화성, 내마모성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 입력축(110) 및 출력축(120)이 마모되는 것이 방지되고, 입력축(110) 및 출력축(120)의 마모 방지에 의해 구동장치의 수명이 연장되어서 유지 보수비가 절감되는 효과가 있다.
또한, 케이스(100)는 노듈러주철로 이루어지는 것이 바람직하다.
노듈러주철은, 일반 회주철의 용탕에 마그네슘 등을 첨가하여 응고과정에서 흑연이 구상으로 정출된 주철이므로 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이다. 이러한 노듈러주철은 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.
본 발명의 케이스(100)는 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.
여기서, 노듈러주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.
용융된 노듈러주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7중량% 정도가 적합하다.
용융된 노듈러주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.
이와 같이 본 발명의 케이스(100)가 노듈러주철로 이루어지므로 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.
100 : 케이스 102 : 입력축 장착공간
104 : 출력축 장착공간 110 : 입력축
112 : 입력축 기어 120 : 출력축
122 : 출력축 기어 130 : 유성기어세트
132 : 선기어 134 : 유성기어
136 : 링기어 138 : 캐리어샤프트
141 : 1단 클러치팩 142 : 2단 클러치팩
143 : 플레이트 144 : 마찰판
150 : 1단 변속기구 151 : 제1클러치 드럼
152 : 1단 피스톤 153 : 1단 스프링
154 : 1단 오일유입 체적부 155 : 안내핀
160 : 2단 변속기구 161 : 제2클러치 드럼
162 : 2단 피스톤 163 : 2단 스프링
164 : 2단 오일유입 체적부

Claims (4)

  1. 상부에 입력축 장착공간(102)이 형성되고, 하부에 출력축 장착공간(104)이 형성된 케이스(100)와;
    외경부에 입력축 기어(112)가 일체로 형성된 구조로 구비되어 상기 입력축 장착공간(102)에 회전 가능하게 장착되는 입력축(110)과;
    상기 입력축 기어(112)와 맞물리는 출력축 기어(122)가 외경부에 형성된 구조로 구비되어, 중심부가 오일레벨과 수평을 이루면서 출력축 장착공간(104)내에 회전 가능하게 장착되는 출력축(120)과;
    상기 출력축(120)의 타측 외경부에 일체로 형성되는 선기어(132)와, 선기어(132)의 외경부에 맞물리는 복수의 유성기어(134)와, 각 유성기어(134)의 외경부에 맞물리는 링기어(136)와, 각 유성기어(134)와 동축으로 연결되며 최종 출력축이 되는 캐리어샤프트(138)를 포함하는 변속용 유성기어세트(130)와;
    플레이트(143)와 마찰판(144)이 교번 배열을 이루는 것으로서, 상기 출력축 장착공간내에서 링기어(136)의 외륜에 길이방향을 따라 나란히 장착되되, 마찰판의 내주단이 링기어(136)의 외륜에 스플라인 결합되며 장착되는 1단용 클러치팩(141) 및 2단용 클러치팩(142)과;
    상기 1단 클러치팩(141)의 우측 위치에 장착되어, 1단 변속시 1단 클러치팩(141)을 가압하여 링기어(136)를 구속시키는 1단 변속기구(150)와;
    상기 2단 클러치팩(142)의 좌측 위치에 장착되어, 2단 변속시 2단 클러치팩(142)을 가압하는 동시에 링기어(136)와 출력축(120)을 동기화시켜 상시 회전되도록 한 2단 변속기구(160);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단 변속기구(150)는:
    1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 스플라인 결합되는 제1클러치 드럼(151)과;
    1단 클러치팩(141)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압할 수 있도록 제1클러치 드럼(151)의 이면에 배치되는 1단 피스톤(152)과;
    1단 피스톤(152)의 이면과 케이스(100)의 내면 사이에 압축 및 탄성복원 가능하게 배치되는 1단 스프링(153)과;
    제1클러치 드럼(151)과 1단 피스톤(152)의 경계부에 형성되는 1단 오일유입 체적부(154);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1단 피스톤(152)의 이면과 케이스(100)의 내면 간에는 1단 피스톤(152)의 직진성을 안내하는 안내핀(155)이 삽입 장착된 것을 특징으로 하는 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단 변속기구(160)는:
    일단부는 2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 스플라인 결합되고, 타단부는 출력축(120)에 일체로 연결되는 제2클러치 드럼(161)과;
    2단 클러치팩(142)의 플레이트(143)와 마찰판(144)을 가압할 수 있도록 제2클러치 드럼(161)의 전면에 배치되는 2단 피스톤(162)과;
    2단 피스톤(162)의 이면과 제2클러치 드럼(161)의 전면 사이에 압축 및 탄성복원 가능하게 배치되는 2단 스프링(163)과;
    출력축(120)으로부터 2단 피스톤(162)의 전면 공간으로 연장 형성된 2단 오일유입 체적부(164);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비 및 산업차량용 기어박스 구동장치.
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